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Molecular Nanomagnets (2). Mesoscopic Physics and Nanotechnology

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Angewandte
Chemie
Molecular Nanomagnets
Mesoscopic Physics and Nanotechnology. Von Dante
Gatteschi, Roberta
Sessoli und Jacques
Villain. Oxford University Press,
Oxford 2006.
395 S., geb.,
55.00 £.—ISBN
0-19-856753-7
Magnetische FestkCrper – Oxide, Metalle und Legierungen – sind etwas ganz
Allt@gliches, von Molek=len andererseits nimmt man normalerweise nicht
an, dass sie magnetisch sind. J=ngste
Entdeckungen haben aber sehr wohl
gezeigt, dass manche Molek=le starke
magnetische Momente mit einer stabilen magnetischen Orientierung aufweisen, die mit der konventioneller Magnete vergleichbar ist. Diese Molek=le
werden deshalb molekulare Nanomagnete oder Einzelmolek=lmagnete genannt, und sie d=rften die ultimativen
Spezies in Hinblick auf Informationsspeicherdichte sein. Einzelmolek=lmagnete
zeigen nicht nur die klassischen makroskopischen Eigenschaften eines Magneten, sondern auch neuartige Quanteneigenschaften wie Quantentunneln
der Magnetisierung und Quantenphaseninterferenz. Diese Ph@nomene sind
besonders interessant im Hinblick auf
mCgliche Anwendungen als molekulare
Informationsspeicher und in Quantencomputern.
In diesem Buch wird zum ersten Mal
dieses neue Forschungsgebiet detailliert
abgehandelt. Es richtet sich an Chemiker und Physiker und eignet sich sowohl
f=r Einsteiger wie auch f=r aktive Wissenschaftler auf dem Gebiet. Die Autoren, zwei Chemiker und ein Physiker,
behandeln die Chemie und Physik
dieser Materialien ausf=hrlich unter
theoretischen und praktischen Aspekten und veranschaulichen ihre Ausf=hrungen anhand vieler Abbildungen von
Molek=len und Gleichungen. Jedem,
der auf diesem oder einem verwandten
Gebiet arbeitet, ist die Lekt=re zu
empfehlen.
Die Monographie ist in 15 Kapitel
eingeteilt, die unabh@ngig voneinander
Angew. Chem. 2007, 119, 1584 – 1585
gelesen werden kCnnen. Theorielastig
wirken dabei nur einige wenige Abschnitte des Textes. Insgesamt sind ungef@hr 450 Literaturhinweise =ber die
Kapitel verteilt, wobei sich die meisten
auf Arbeiten aus der Zeit von 1993 bis
2003 beziehen. Eine zus@tzliche Auswahl von Literaturstellen, die f=r eine
intensivere Besch@ftigung mit einem
Thema besonders geeignet sind, w@re
hilfreich gewesen.
Kapitel 1 bietet eine Einf=hrung in
die Welt der molekularen Nanomagnete, und Kapitel 2 vermittelt die theoretischen
Grundlagen
magnetischer
Wechselwirkungen in molekularen Systemen. In erster Linie werden der SpinHamilton-Ansatz und verschiedene
Austauschwechselwirkungen erCrtert.
Gewisse Grundkenntnisse w@ren hier
durchaus n=tzlich, um den Ausf=hrungen folgen zu kCnnen. Eine sehr kurze
Beschreibung der wichtigsten Techniken, die zur Messung magnetischer Eigenschaften von molekularen Nanomagneten angewendet werden, folgt in
Kapitel 3. Insbesondere wird erkl@rt,
welche Informationen die einzelnen
Messmethoden liefern. Auch hier
werden Grundkenntnisse, besonders im
Bereich des experimentellen Magnetismus, vorausgesetzt.
In Kapitel 4 werden die wichtigsten
Methoden zur Herstellung molekularer
Nanomagnete beschrieben. Dem Leser
soll vermittelt werden, was sich hinter
der chemischen Formel eines molekularen Nanomagneten verbirgt. Berichtet
wird in diesem Abschnitt auch =ber die
magnetischen Eigenschaften von Einzelmolek=lmagneten vom Mn12-, Mn4und Fe8-Typ, den bisher am besten untersuchten Systemen. Die Spinkopplungsschemata sind abgebildet, und der
effektive Spin-Hamilton-Operator f=r
jede Spezies wird diskutiert.
In Kapitel 5 besch@ftigen sich die
Autoren mit der thermisch aktivierten
magnetischen Relaxation von molekularen
Magneten.
Jbergangswahrscheinlichkeiten und wichtige Gleichungen werden vorgestellt, außerdem
werden die grundlegenden Merkmale
der Spin-Phonon-Wechselwirkung beschrieben. Zum besseren Verst@ndnis
der Ausf=hrungen kann der Rezensent
die Lekt=re des Buchs Electron Paramagnetic Resonance of Transition Ions
von Abragam und Bleaney empfehlen.
Das magnetische Tunneln eines isolierten Spins wird detailliert in Kapitel 6
besprochen. Neben einer Diskussion der
numerischen Diagonalisierung findet
der Leser hier viele Herleitungen analytischer Daten. Sogar auf „diabolische
Punkte“ wird eingegangen. In Kapitel 7
werden Pfadintegrale erkl@rt. Diese
Einf=hrung ist recht hilfreich, um die
Ph@nomene Tunneln und Quanteninterferenz zu verstehen. In Kapitel 8 wird
das Tunneln in einem zeitabh@ngigen
magnetischen Feld beschrieben, und in
Kapitel 9 folgt ein kurzer Bericht =ber
die Wechselwirkung eines Spins mit
seiner externen Umgebung. Das
Hauptaugenmerk liegt hier auf der Hyperfeinwechselwirkung und der dipolaren Wechselwirkung zwischen molekularen Spins.
Tunneln zwischen angeregten Zust@nden, Koh@renz und Dekoh@renz
sind die Themen der Kapitel 10 und 11.
In Kapitel 12 werden Unordnungseffekte kurz angesprochen, und in Kapitel 13 findet sich eine knappe Zusammenfassung spezieller Experimente mit
Einzelmolek=lmagneten. Kapitel 14 ist
anderen Typen magnetischer Molek=le,
haupts@chlich rad- und gitterfCrmigen,
gewidmet. Im letzten Kapitel gehen die
Autoren auf neuere Trends auf dem
Gebiet des molekularen Nanomagnetismus ein, wobei besonders magnetische Molek=le auf Oberfl@chen und
kettenfCrmige Magnete im Mittelpunkt
stehen. In einem Anhang werden vor
allem mathematische Verfahren vorgestellt.
Den Autoren ist es gelungen, eine
Br=cke zu schlagen zwischen der vielf@ltigen Chemie der Nanomagnete und
ihrer Physik. Diese Monographie bietet
einen schnellen Einstieg in das faszinierende Forschungsgebiet molekularer
Nanomagnete, das in Zukunft sicherlich
noch an Bedeutung zunehmen wird, und
sollte f=r Fachbibliotheken an Universit@ten und Forschungsinstituten eine
n=tzliche Anschaffung sein.
Wolfgang Wernsdorfer
Laboratoire Louis N=el
CNRS, Grenoble (Frankreich)
DOI: 10.1002/ange.200685459
- 2007 Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim
www.angewandte.de
1585
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